KR100451641B1

KR100451641B1 - 혐기여과조를 이용한 폐수 전처리장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100451641B1
Application number: KR10-2002-0044867A
Authority: KR
Inventors: 김종성; 임준래; 김종찬; 김구환; 김요용; 김동기; 박익범; 민윤기; 이경희
Original assignee: 경기도(보건환경연구원)
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2004-10-08
Also published as: KR20040011762A

Abstract

본 발명은 폐수의 전처리방법과 그 장치에 관한 것으로, 내부에 설치되어 1단부(5)와 2 단부(6)로 구분지게 하며, 하부에 일정한 개구부(3)가 형성되게 설치되는 칸막이(2)와, 상기한 1 단부(5) 내에 설치되어 내부의 온도를 높이도록 한 히터(7)를 포함하는 혐기여과조(1)와; 상기한 혐기여과조(1)와 동일한 구성으로 이루어지며 상기 혐기여과조(1)의 2단부(6)와 연결설치되는 제 2 혐기여과조(9)로 구성되는 것을 특징으로 하며, 그 방법은 상기한 1단부(5)에 처리하고자 하는 폐수를 유입시킨 후, 상부로 부유하는 부유물을 1일 1 회 제거하고, 상기 1 단부(5)를 거쳐 2단부(6)로 들어온 처리수는 다시 제 2 혐기여과조(9)의 1단부(10) 및 2 단부(11)를 거쳐 후속처리되는 생물학적 반응기로 들어가게 하여 후속의 침전조에의 상등수를 상기한 혐기여과조(1)의 1단부(5)로 유입되게 하는 것을 특징으로 하며, 상기한 혐기여과조(1) 및 제 2 혐기여과조(9) 내에 설치되는 히터(7)는 처리수온도가 섭씨 30-35도 정도 유지되게 가온되며, 상기한 침전조의 상등수를 상기 혐기여과조(1)의 1 단부(5)로 반송시키는 상등수량은 원수량의 1-2배 유량으로 하는 것을 특징으로 한다

Description

혐기여과조를 이용한 폐수 전처리장치 및 그 방법{PRETREATMENT APPARATUS OF WASTE WATER USING AN AEROBIC FILTER TANK AND ITS METHOD}

본 발명은 혐기여과조를 이용한 폐수 전처리 장치 및 그 전처리 방법에 관한 것이다.

일반적으로 폐수 처리시, 미리 전처리를 하는데, 특히 오염도가 높은 축산 폐수의 경우, 이를 전처리하고자 할 경우 넓은 처리 공간과 복잡한 전처리 시설이 요구되어 왔다. 따라서 농가에서 이러한 전처리 시설을 하는 것은 많은 면적과 시설비용이 들고 또 처리시 장기간이 소요되어 많은 량의 축산폐수 등의 폐수처리에는 많은 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명한 것으로, 전처리 공정으로 혐기여과조를 이용하여 간단한 시설을 할 수 있게함과 동시에 대량의 폐수를 전처리 할 수 있는 장치와 그 방법을 개발하였다

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 구성을 설명하기 위한 도면

도 2 는 본 발명에 따른 상등수의 내부 반송량에 따른 원수 대비 알칼리도 분율을 나타 내는 막대 그래프

도 3 및 도 4 는 본 발명에 따른 상등수의 반송량에 따른 항목별 제거율을 나타내는 막대 그래프

도 5 는 스컴의 발생량과 그 처리를 보여 주는 설명도

본 발명의 주요 구성은, 내부에 설치되어 1단부(5)와 2 단부(6)로 구분되며, 하부에 일정한 개구부(3)가 형성되게 설치되는 칸막이(2)와, 상기한 1 단부(5) 내에 설치되어 내부의 온도를 높이도록 한 히터(7)를 포함하는 혐기여과조(1)와; 상기한 혐기여과조(1)와 동일한 구성으로 이루어지며 상기 혐기여과조(1)의 2단부(6)와 연결설치되는 제 2 혐기여과조(9)로 구성되는 것을 특징으로 하며, 그 방법은 상기한 1단부(5)에 처리하고자 하는 폐수를 유입시킨 후, 상부로 부유하는 부유물을 1일 1 회 제거하고, 상기 1 단부(5)를 거쳐 2단부(6)로 들어온 처리수는 다시 제 2 혐기여과조(9)의 1단부(10) 및 2 단부(11)를 거쳐 후속처리되는 생물학적 반응기로 들어가게 하여 후속의 침전조에의 상등수를 상기한 혐기여과조(1)의 1단부(5)로 유입되게 하는 것을 특징으로 하며, 상기한 혐기여과조(1) 및 제 2 혐기여과조(9) 내에 설치되는 히터(7)는 처리수온도가 섭씨 30-35도 정도 유지되게 가온되며, 상기한 침전조의 상등수를 상기 혐기여과조(1)의 1 단부(5)로 반송시키는 상등수량은 원수량의 1-2배 유량으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기한 특징 외의 다른 특징 및 구성에 대하여 이하, 첨부 도면과 함께 더욱상세히 설명한다.

본 발명에서는 먼저 원수 중의 부유물질을 고액분리하고, 용존성 유기물을 제거하기 위해 혐기 여과조를 운전하였다

혐기 여과조는 원수 중 SS(Suspended Solids) 제거 및 유기물 부하 저감이 그 주요 목적이며, 또 후속되는 생물학적 공정의 원활한 운전을 위해 일정한 운전 조건이 설정되어야 한다.

본 발명에 따른 혐기여과조 실험 장치는 아래와 같이 구성하였다

혐기여과조(1)를 가로 30cm, 세로 30cm, 높이 40cm, 유효용량은 30리터로 하여 준비하였다.

그 구조는 혐기 여과조(1)는 그 내부가 칸막이(2)로 구분되어 1,2 단부(5,6)로 구분되며 칸막이(2)의 하단부는 30mm 정도로 개방되어 개구부(3)를 형성하고 있다. 그리하여 혐기성 여과조(1)의 1 단부(5) 상단으로 부터 원수(4)가 유입되어 하단의 절단 부분인 개구부(3)를 통과하여 혐기 여과조 2 단부(6)로 넘어 가는 구조로 되어 있다. 그리고 보다 높은 고액 분리 효율을 얻기 위해 상기한 혐기 여과조를 1 개 더 설치하여 총 4 단으로 운전하였다

그리고 혐기 여과조(1)의 1 단부(5)에는 온도 히터(7)를 설치하여 온도를 섭씨 30-35도 바람직하게는 32도로 유지하여 혐기 미생물의 활성을 유지하고자 하였다

원수를 첫번째 혐기 여과조의 1 단부(5) 상단에 주입하면 SS 성분은 일부 스컴층(12)(SCUM)에서 여과되어 제거되고 나머지 SS 및 유기물은 혐기 미생물에 의해분해되고 고액 분리되어 일부는 다시 부유상태의 스컴이 되고, 무기질화된 성분은 하부에 침전되어 혐기미생물을 다량 함유한 그래뉼화된 여과층(8)을 형성한다

1단부(5) 및 2 단부(6) 하부의 여과층(8)을 통과한 여과수는, 2번째 제 2 혐기여과조(9)의 1 단부(10) 상단으로 유입되며 첫번째 혐기 여과조와 동일한 과정을 반복하여 최종 그 후단에서 생물학적 반응기로 유입되게 하여 후속처리한다. 즉 제 2 혐기여과조(9)를 거친 처리수를 무산소조, 폭기조, 침전조로 보내어 이 침전조의 상등수를 혐기여과조(1)의 1단부(5)로 반송하여 혐기여과조(1)의 활성을 촉진하도록 하였다

그 반송량은 원수량의 1-2배의 유량(1-2Q)이다.

반송량에 따른 처리수질의 변화를 살펴 보았는데, 내부 반송량을 0, 1, 2Q로 각각 변화를 주어서 혐기여과조를 운영한 결과, 제거율이 표 1 과 같았다

혐기여과조 처리수질

내부반송(%)항목	0	100	200
pH	유입	8.4	8.3	8.4
pH	유출	8.3	8.5	8.3
알카리도( mg/ℓ)	유입	5400	4400	5600
	유출	3132	5280	8790
	제거율(%)	42.0	-20.0	-57.0
BOD( mg/ℓ)	유입	8040	7800	8700
	유출	265	1510	2080
	제거율(%)	96.7	80.6	76.1
CODCr( mg/ℓ)	유입	15920	18900	14730
	유출	2460	5670	5530
	제거율(%)	84.5	70.0	61.5
SS( mg/ℓ)	유입	3370	3500	4125
	유출	450	550	980
	제거율(%)	86.6	84.3	76.2
T-N( mg/ℓ)	유입	1880	2640	2280
	유출	1230	1600	1590
	제거율(%)	34.6	39.4	30.3
NH3-N( mg/ℓ)	유입	1640	1810	1680
	유출	1240	1420	1330
	제거율(%)	24.4	21.5	20.8
T-P( mg/ℓ)	유입	320	440	410
	유출	220	315	300
	제거율(%)	31.3	28.4	26.8

표 1 에서 보듯이, 내부적인 반송없이 원수의 유입만으로 운전시 BOD가 8,040㎎/ℓ에서 265㎎/ℓ로 줄어 들어, 약 96.7%의 제거율을 나타냈고, SS는 3,370㎎/ℓ에서 450㎎/ℓ줄어 들어 약 86.6%의 제거율을 나타냈고, CODCr 은 15,920 ㎎/ℓ에서 2,460 ㎎/ℓ줄어들어 약 84.5%의 제거율을 나타냈다

따라서 내부 반송 없이 원수 유입만으로 운전한 경우, 가장 제거율이 좋았으나, 도 2 의 내부 반송량에 따른 원수 대비 알카리도 분율에서 보듯이, 반송이 없을 경우, 원수 중의 알카리도가 21-46%까지 소모되어 후속의 생물학적 처리공정에서 pH가 5까지 낮아져 알카리도 보충 없이는 운전할 수 없었다 .

그러나 침전수 상등 여액을 혐기여과조로 내부 반송함에 따라 알카리도가 증가함을 알 수 있는데, 도 2 에서 보듯이, 내부 반송 1Q에서 10-27% 증가하였고, 2Q에서 52-69% 증가하여 pH가 7 이상으로 일정하게 유지되어 안정적인 수처리가 가능하였다.

또한 1Q,2Q 반송량에 따른 BOD제거율이 도 3 에서 보듯이, 약 76-81%, CODCr 57-68 %, SS 70-84%로 되어, 반송율이 높아짐에 따라 그들의 제거율이 낮아짐을 알 수 있다. 이는 반송율이 높아짐에 따라 체류시간이 짧아지기 때문이라 생각된다

그러나 혐기여과조는 최종 처리가 아닌 전처리 개념으로 설치 운영되기 때문에 후속하여 처리하는 유기물 및 SS 처리 부하를 저감시키기에는 충분하다고 판단되며 제거율을 보다 높이고자 한다면 수리학적 체류시간을 늘린다면 당연히 해결될 수 있다.

또한 도 4 에서 보듯이, 혐기 여과조에서 질소의 제거율은 약 30-35%로 낮은 상태이며, 반송율에 따른 제거율의 차이도 매우 작었다.

이는 용존성 질소인 암모니아성 질소의 비율이 68.6%로 상대적으로 낮아 SS 제거에 따른 입자성 질소의 제거율이 높은 것으로 생각된다

인의 경우도 약 20-30%로 제거율이 낮았고 반송율에 따른 제거율 차이는 앞선 질소와 마찬가지로 별로 없었다

이하는 스컴(SCUM) 발생량과 및 그 처리 방법에 대하여 설명한다

혐기여과조로 유입되는 SS 성분은 원수 중의 부유물질, 후속되는 활성슬러지 공정에서의 폐기 잉여 슬러지, 반송되는 침전조 상등수 중의 부유물을 포함하게 된다.

도 5 를 참고로 설명하면, 하루에 유입되는 SS량은, 원수 10ℓ중 36-45g, 잉여슬러지 1-3ℓ중 7-21g, 반송되는 침전조 상등수 10-20ℓ중 0.7-1.4g 으로 총합이 43.7-67.4g이고, 유출되는 SS량은 원수 10ℓ와 유입되는 침전조 상등수 10-20ℓ, 잉여슬러지 1-3ℓ를 합한 유출 유량 21-33ℓ 중에 6.8-10.7g 으로 결국, 이론적으로 축적되는 SS량은 30.7-57.7g 이다.

실제로 스컴으로 제거되는 SS량은 12-30g 으로 축적량의 약 52%을 차지하고 있으며, 스컴의 농도는 60,000 - 150,000 ㎎/ℓ이고, 함수율은 85-94%로 인출량은 150-250mℓ이었다. 스컴 발생량은 원수 중 SS 농도에 비례해서 증가함을 알 수 있다.

그리고 SS 농도에 비례하여 함수율도 낮아 졌다. SS 의 이론적인 축적량은 스컴으로 제거되는 량을 빼면 유입량의 약 48 % 인데 6개월 동안 반응기 운전기간 동안 과도한 침전퇴적층의 상승을 관찰할 수 없었다. 이는 혐기성 미생물에 의해 축적된 슬러지의 상당 부분이 소화되었기 때문이다.

상기한 처리 과정에 의하면 원수가 10ℓ들어오고 반송수가 예들들어 20ℓ 들어오면 혐기여과조(1)의 용량과 동일한 30ℓ가 된다. 그리고 또 원수 10ℓ들어오고또 반송수 20ℓ가 들어오면 동일한 용량의 제 2 혐기여과조(9)까지 전부 채워질 것이다. 그러면 초기 유입된 원수는 결국 처리 기간이 이론상 2일이 소요되므로 매우 신속한 대량 처리가 이루어 진다. 그러나 충분한 전처리를 위하여 유입 폐수가 처리되어 최종 제 2 혐기여과조(9)를 나오는 기간이 약 5일 전후가 되도록 조절하는 것이 처리에 있어 가장 효율적인 것으로 나타났다

이상과 같은 본 발명에 의하면, 1 일 1 회의 혐기여과조 상부에서의 스컴 제거와 분기당 1-2 회의 부분적인 바닥슬러지 제거로도 탈수기, 원심분리기 등 전처리 시설이 필요없이 후속의 생물학적 공정을 정상적으로 운전할 수 있었다

또 본 발명에 의하면, 혐기여과조에 의한 매우 신속한 운전 처리로 종래와 거의 동일한 전처리 효과를 볼 수 있어, 폐수처리 효율을 극히 높일 수 있는 장점이 있다.

또 폐수처리를 위한 부지면적을 크게 차지 하지 않으며, 기존 설비에 추가 설치가 용이하여 예를들어, 축사의 증설에 따른 처리장 과부하를 효과적으로 해소할 수 있다.

또한 제거되는 스컴이나 슬러지를 퇴비화 할 수 있는 장점도 있다

Claims

내부에 설치되어 1단부(5)와 2 단부(6)로 구분지게 하며, 하부에 일정한 개구부(3)가 형성되게 설치되는 칸막이(2)와, 상기한 1 단부(5) 내에 설치되어 내부의 온도를 높이도록 한 히터(7)를 포함하는 혐기여과조(1)와;

상기한 혐기여과조(1)와 동일한 구성으로 이루어지며 상기 혐기여과조(1)의 2단부(6)와 연결설치되는 제 2 혐기여과조(9)로 구성되는 것을 특징으로 하는 혐기여과조를 이용한 폐수 전처리장치
내부에 설치되어 1단부(5)와 2 단부(6)로 구분지게 하며, 하부에 일정한 개구부(3)가 형성되게 설치되는 칸막이(2)와, 상기한 1 단부(5) 내에 설치되어 내부의 온도를 높이도록 한 히터(7)를 포함하는 혐기여과조(1)와; 상기한 혐기여과조(1)와 동일한 구조로 이루어지며, 내부가 1단부(10)와 2 단부(11)로 이루어지게 구성됨과 동시에 상기 혐기여과조(1)의 2단부(6)와 연결설치되는 제 2 혐기여과조(9)를 포함하여 이루어지는 폐수 전처리 장치를 이용하여 폐수 처리하는 방법에 있어서,

상기한 1단부(5)에 처리하고자 하는 폐수를 유입시킨 후, 상부로 부유하는 부유물을 1일 1 회 제거하고, 상기 1 단부(5)를 거쳐 2단부(6)로 들어온 처리수는 다시 제 2 혐기여과조(9)의 1단부(10) 및 2 단부(11)를 거쳐 후속처리되는 생물학적 반응기로 들어가게 하여 후속의 침전조에의 상등수를 상기한 혐기여과조(1)의 1단부(5)로 유입되게 하는 것을 특징으로 하는 혐기여과조를 이용한 폐수 전처리 방법
제 2 항에 있어서,

상기한 혐기여과조(1) 및 제 2 혐기여과조(9) 내에 설치되는 히터(7)는 처리수온도가 섭씨 30-35도 정도 유지되게 가온되며, 상기한 침전조의 상등수를 상기 혐기여과조(1)의 1 단부(5)로 반송시키는 상등수량은 원수량의 1-2배 유량으로 하는 것을 특징으로 하는 혐기여과조를 이용한 폐수 전처리 방법